Земная волна¶

Земная волна — это радиофизический термин, обозначающий радиоволну, распространяющуюся вдоль поверхности Земли и огибающую её вследствие явления дифракции. В отличие от прямой волны, которая распространяется по прямой линии от передатчика к приёмнику, земная волна следует за кривизной земной поверхности, что позволяет осуществлять радиосвязь за пределами прямой видимости. Ключевым свойством земной волны является её способность распространяться на значительные расстояния, особенно в диапазонах низких (НЧ) и средних (СЧ) частот.

¶Физическая природа и механизм распространения

Распространение земной волны основано на явлении дифракции — огибании радиоволной препятствий, размеры которых соизмеримы с её длиной волны. Для длинных волн (сотни метров — километры) дифракция выражена сильнее, поэтому земные волны могут огибать крупные неровности рельефа, холмы и даже здания. При этом волна взаимодействует с поверхностью Земли, которая является проводящей средой. В результате часть энергии волны поглощается, а часть — переизлучается, формируя так называемую поверхностную волну.

Основные факторы, влияющие на затухание земной волны:

• Электрические свойства подстилающей поверхности (проводимость, диэлектрическая проницаемость). Морская вода обладает высокой проводимостью, поэтому над морем затухание минимально, а дальность связи максимальна. Сухая почва, песок или скальные породы, напротив, сильно поглощают энергию волны.
• Частота излучения. Чем выше частота, тем сильнее затухание. В диапазонах ультракоротких волн (УКВ) земная волна практически не распространяется за пределы прямой видимости.
• Рельеф местности. Горы, леса, городская застройка создают дополнительные препятствия и увеличивают потери.

¶Диапазоны частот и дальность связи

Земная волна наиболее эффективно используется в следующих диапазонах:

• Сверхдлинные волны (СДВ, 3–30 кГц). Обеспечивают связь на тысячи километров, в том числе под водой (на глубину до нескольких десятков метров). Используются для связи с подводными лодками и для навигационных систем.
• Длинные волны (ДВ, 30–300 кГц). Дальность связи — до 1500–2000 км днём и до 3000–4000 км ночью. Применяются для радиовещания, радионавигации (например, система LORAN-C) и передачи сигналов точного времени.
• Средние волны (СВ, 300–3000 кГц). Днём дальность составляет 100–300 км, ночью — до 1000–1500 км за счёт отражения от ионосферы. Используются для местного и регионального радиовещания (AM-диапазон).
• Короткие волны (КВ, 3–30 МГц). Земная волна даёт дальность до 50–100 км, но основную роль здесь играет ионосферная волна. На КВ земная волна используется для связи на коротких расстояниях.

¶Применение земной волны

¶Радиовещание

Исторически земная волна была основой для первых систем радиовещания. Длинноволновые и средневолновые радиостанции (например, «Маяк» в России, BBC Radio 4 в Великобритании) обеспечивали приём на больших территориях без сложных антенн. В настоящее время объём вещания в этих диапазонах сокращается, но они по-прежнему используются для покрытия удалённых и малонаселённых регионов.

¶Навигация

Земная волна лежит в основе работы радионавигационных систем, таких как LORAN-C (США, Россия) и «Чайка» (Россия). Эти системы используют импульсные сигналы на частотах около 100 кГц, которые распространяются вдоль поверхности Земли, обеспечивая точность определения координат до нескольких сотен метров.

¶Связь с подводными лодками

Сверхдлинные волны (СДВ) способны проникать в толщу морской воды на глубину до 20–30 метров. Это свойство используется для передачи команд стратегическим подводным лодкам, находящимся в подводном положении. Антенны для СДВ-передатчиков представляют собой огромные конструкции (например, антенна ЗЕВС в России, расположенная в Красноярском крае).

¶Аварийная и военная связь

Земная волна менее подвержена влиянию ионосферных возмущений (например, солнечных бурь), чем ионосферная волна. Поэтому она используется в системах аварийной связи, а также в военных радиосетях, работающих в диапазонах НЧ и СЧ.

¶Сравнение с другими типами волн

¶Интересные факты

• Первая в мире радиопередача, осуществлённая Александром Поповым 7 мая 1895 года, была выполнена именно с использованием земной волны. Приёмник был настроен на длинноволновый диапазон.
• В 1901 году Гульельмо Маркони осуществил первую трансатлантическую радиопередачу из Англии в Ньюфаундленд (Канада) на частоте около 500 кГц. Долгое время считалось, что это произошло благодаря земной волне, однако позже было доказано, что сигнал распространялся за счёт отражения от ионосферы.
• Антенна для СДВ-передатчика «ЗЕВС» (Россия, Красноярский край) имеет длину около 1,5 км и является одной из крупнейших в мире. Она способна передавать сигналы на глубину до 30 метров под водой.
• В России до сих пор работают несколько длинноволновых радиостанций, например, «Радио России» на частоте 261 кГц, которые обеспечивают приём в отдалённых районах Сибири и Дальнего Востока.

¶Источники

• Долуханов М. П. Распространение радиоволн. — М.: Связь, 1972.
• Калинин А. И., Черенкова Е. Л. Распространение радиоволн и работа радиолиний. — М.: Связь, 1971.
• Радиовещание и радиосвязь: Учебник для вузов / Под ред. В. В. Шахгильдяна. — М.: Радио и связь, 1985.
• Грудинская Г. П. Распространение радиоволн. — М.: Высшая школа, 1975.
• Справочник по радиовещанию и радиосвязи / Под ред. В. А. Шаповалова. — М.: Радио и связь, 1982.